第五章

驅動橋設計第五章驅動橋設計§5-1概述§5-2驅動橋的結構方案分析§5-3主減速器設計§5-4差速器設計§5-5車輪傳動裝置設計§5-6驅動橋殼設計第一節概述一、驅動橋的功用

降速增矩實現差速改變動力傳遞方向將驅動輪與地面的相互作用力通過懸架傳給車架或車身二、驅動橋的組成主減速器差速器半軸橋殼三、驅動橋設計要求1、減速比要求：動力性、經濟性2、離地間隙3、傳動平穩性4、傳動效率5、舒適性：非簧載質量6、與其他機構的干涉問題7、結構、制造、安裝、調整問題第二節驅動橋結構方案優缺點分析：簧上質量簧下質量離地間隙與地面的接觸能力非斷開式驅動橋斷開式驅動橋第三節主減速器設計一、主減速器的結構形式根據齒輪類型、減速形式、從動齒輪支承形式分類1.按齒輪副結構型式分類螺旋錐齒輪式、雙曲面齒輪式、圓柱齒輪式、蝸桿傳動式。2.按減速形式分類單級式、雙級式、單速式、雙速式、貫通式、輪邊減速式。3.按從動齒輪支承形式分類跨置式、懸臂式（一）主減速器的齒輪類型

1.螺旋錐齒輪傳動（弧齒錐齒輪）

螺旋錐齒輪傳動的主、從動齒輪軸線垂直相交于一點，齒輪并不同時在全長上嚙合，而是逐漸從一端連續平穩地轉向另一端。由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對以上的輪齒同時嚙合，所以它工作平穩、能承受較大的負荷、制造也簡單。在工作中噪聲大，對嚙合精度很敏感，齒輪副錐頂稍有不吻合便會使工作條件急劇變壞，并伴隨磨損增大和噪聲增大。偏移距:雙曲面齒輪傳動的主、從動齒輪的軸線相互垂直而不相交，主動齒輪軸線相對從動齒輪軸線在空間偏移一距離E，此距離稱為偏移距。由于偏移距E的存在，使主動齒輪螺旋角大于從動齒輪螺旋角。根據嚙合面上法向力相等，可求出主、從動齒輪圓周力之比2.雙曲面齒輪傳動螺旋角:指在錐齒輪節錐表面展開圖上的齒線任意一點A的切線TT與該點和節錐頂點連線之間的夾角。在齒面寬中點處的螺旋角稱為中點螺旋角。傳動比比較雙曲面齒輪螺旋錐齒輪雙曲面齒輪與螺旋錐齒輪的比較1)當雙曲面齒輪與螺旋錐齒輪尺寸相同時，雙曲面齒輪傳動有更大的傳動比。2)當傳動比一定，從動齒輪尺寸相同時，雙曲面主動齒輪比相應的螺旋錐齒輪有較大的直徑，較高的輪齒強度以及較大的主動齒輪軸和軸承剛度。3)當傳動比一定，主動齒輪尺寸相同時，雙曲面從動齒輪直徑比相應的螺旋錐齒輪為小，因而有較大的離地間隙。雙曲面齒輪傳動比螺旋錐齒輪傳動的優點

1)雙曲面齒輪副：沿齒高方向側向滑動，沿齒長方向縱向滑動?？v向滑動可改善齒輪的磨合過程，使其具有更高的運轉平穩性。2)雙曲面齒輪副主動齒輪的螺旋角大于從動齒輪的螺旋角，這樣同時嚙合的齒數較多，重合度較大，提高了傳動平穩性，而且使齒輪的彎曲強度提高約30％。3)雙曲面齒輪傳動的主動齒輪直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合輪齒的當量曲率半徑較相應的螺旋錐齒輪為大，使齒面的接觸強度提高。4)主動齒輪軸布置方式靈活：布置在從動齒輪中心上方，便于實現多軸驅動橋的貫通，增大傳動軸的離地高度。布置在從動齒輪中心下方，可降低萬向傳動軸的高度，有利于降低轎車車身高度，并可減小車身地板中部凸起通道的高度。雙曲面齒輪傳動的缺點1)沿齒長的縱向滑動會使摩擦損失增加，降低傳動效率。雙曲面齒輪副傳動效率為96％，螺旋錐齒輪副為99％。2)齒面間大的壓力和摩擦功，可能導致油膜破壞和齒面燒結咬死，即抗膠合能力較低。3)雙曲面主動齒輪具有較大的軸向力，使其軸承負荷增大。4)雙曲面齒輪傳動必須采用可改善油膜強度和防刮傷添加劑的特種潤滑油，螺旋錐齒輪傳動用普通潤滑油即可。螺旋錐齒輪與雙曲面錐齒輪的選擇◎當要求傳動比大于4．5而輪廓尺寸又有限時，采用雙曲面齒輪傳動更合理。這是因為如果保持主動齒輪軸徑不變，則雙曲面從動齒輪直徑比螺旋錐齒輪小?！虍攤鲃颖刃∮?時，雙曲面主動齒輪相對螺旋錐齒輪主動齒輪顯得過大，占據了過多空間，這時可選用螺旋錐齒輪傳動，因為后者具有較大的差速器可利用空間?！驅τ谥械葌鲃颖?，兩種齒輪傳動均可采用。

3．圓柱齒輪傳動

圓柱齒輪傳動一般采用斜齒輪，廣泛應用于發動機橫置且前置前驅動的轎車驅動橋和雙級主減速器貫通式驅動橋。

4．蝸桿傳動

優點：1)在輪廓尺寸和結構質量較小的情況下，可得到較大的傳動比(可大于7)。2)在任何轉速下使用均能工作得非常平穩且無噪聲。3)便于汽車的總布置及貫通式多橋驅動的布置。4)能傳遞大的載荷，使用壽命長。5)結構簡單，拆裝方便，調整容易。

缺點：蝸輪齒圈要求用高質量的錫青銅制作，成本較高；傳動效率較低。（二）主減速器的減速形式影響減速形式選擇的因素：汽車類型使用條件驅動橋處的離地間隙驅動橋數布置形式以及主傳動比i。1．單級主減速器

由一對圓錐齒輪、一對圓柱齒輪或由蝸輪蝸桿組成，具有結構簡單、質量小、成本低、使用簡單等優點。主傳動比不能太大，一般i0≤7，進一步提高i0將增大從動齒輪直徑，從而減小離地間隙，且使從動齒輪熱處理困難。

2.雙級主減速器雙級主減速器與單級相比，在保證離地間隙相同時可得到大的傳動比，i0一般為7～12。尺寸、質量均較大，成本較高。它主要應用于中、重型貨車、越野車和大客車上。分類：整體式和分開式。

分開式由中央減速器和輪邊減速器組成。（1）整體式雙級主減速器的結構方案（2）第一級為錐齒輪、第二級為圓柱齒輪的雙級主減速器的布置縱向水平布置、垂向布置、斜向布置縱向水平布置可以使總成的垂向輪廓尺寸減小，從而降低汽車的質心高度，但使縱向尺寸增加，用在長軸距汽車上可適當減小傳動軸長度，但不利于短軸距汽車的總布置，會使傳動軸過短，導致萬向傳動軸夾角加大。垂向布置使驅動橋縱向尺寸減小，可減小萬向傳動軸夾角，但由于主減速器殼固定在橋殼的上方，不僅使垂向輪廓尺寸增大，而且降低了橋殼剛度，不利于齒輪工作。這種布置可便于貫通式驅動橋的布置。斜向布置介于兩者之間，對傳動軸布置和提高橋殼剛度有利。

◎圓柱行星齒輪式輪邊減速器：可布置在輪轂內?！驁A錐行星齒輪式輪邊減速器，具有兩個輪邊減速比：布置在輪轂外?！蚱胀ㄍ鈬Ш蠄A柱齒輪式輪邊減速器：主動齒輪上置和下置兩種形式。上置式:主要用于高通過性的越野汽車上，可提高橋殼的離地間隙;下置式:主要用于城市公共汽車和大客車上，可降低車身地板高度和汽車質心高度，提高了行駛穩定性。（3）輪邊減速器（3種布置）3.雙速主減速器

雙速主減速器內由齒輪的不同組合可獲得兩種傳動比。它與普通變速器相配合，可得到雙倍于變速器的擋位。雙速主減速器的高低擋減速比是根據汽車的使用條件、發動機功率及變速器各擋速比的大小來選定的。太陽輪1是長齒，左移時可以與行星齒輪4及行星齒輪架3的內齒環同時嚙合，行星齒輪無法自轉而不起減速作用，為高擋位。

4.貫通式主減速器

貫通式主減速器根據其減速形式可分成單級和雙級兩種

單級：雙曲面齒輪式及蝸輪蝸桿式雙級貫通式主減速

錐齒輪—圓柱齒輪式圓柱齒輪—錐齒輪式◎錐齒輪—圓柱齒輪式雙級貫通式主減速器可得到較大的主減速比，但是結構高度尺寸大，主動錐齒輪工藝性差，從動錐齒輪采用懸臂式支承，支承剛度差，拆裝也不方便。◎圓柱齒輪—錐齒輪式雙級貫通式主減速器的第一級圓柱齒輪副具有減速和貫通的作用，有時僅用作貫通用，將其速比設計為1。（三）主減速器錐齒輪的支承主動錐齒輪的支承

—跨置式和懸臂式從動錐齒輪的支承

—跨置式從動錐齒輪的輔助支承

二、主減速器計算載荷的確定與參數的選擇2、按驅動輪打滑轉矩確定3、按汽車日常行駛平均轉矩確定主減速器主動錐齒輪計算載荷（一）主減速器從動錐齒輪計算載荷的確定1、按發動機最大轉矩和最低擋傳動比確定（二）錐齒輪主要參數的選擇

主要參數：主、從動錐齒輪齒數z1和z2;從動錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數ms;主、從動錐齒輪齒面寬b1和b2;雙曲面齒輪副的偏移距E、中點螺旋角β、法向壓力角α.1．主、從動錐齒輪齒數z1和z2考慮因素：1)為了磨合均勻,z1、z2之間應避免有公約數。2)為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強度，主、從動齒輪齒數和應不小于40。3)為了嚙合平穩、噪聲小和具有高的疲勞強度，對于乘用車z1不小9商用車，商用車z1一般不少于6。4)當主傳動比i0較大時，盡量使z1取得小些，以便得到滿意的離地間隙。2.從動錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數ms◎對于單級主減速器，D2對驅動橋殼尺寸有影響，D2大將影響橋殼的離地間隙；D2小則影響跨置式主動齒輪的前支承座的安裝空間和差速器的安裝?！?/p>

D2的初選◎ms的計算Tc=min[Tce,Tcs]

ms還需滿足強度要求：3.主、從動錐齒輪齒面寬b1和b2◎齒面寬度對齒輪的影響錐齒輪齒面過寬會加大應力集中，還降低了刀具的使用壽命。引起輪齒小端過早損壞和疲勞損傷。另外，齒面過寬也會引起裝配空間的減小。但是齒面過窄，輪齒表面的耐磨性會降低。◎從動錐齒輪齒面寬b2推薦不大于其節錐距A2的0.3倍，即b2≤0.3A2，而且b2應滿足b2≤Kcms，

Kc=10

。

汽車上一般也推薦b2=o.155D2。對于螺旋錐齒輪，b1一般比b2大10%。4．雙曲面小齒輪偏移距E◎E值過大將使齒面縱向滑動過大，從而引起齒面早期磨損和擦傷?！駿值過小，則不能發揮雙曲面齒輪的特點。雙曲面小齒輪的上偏移與下偏移5.中點螺旋角β◎螺旋角沿齒寬是變化的，輪齒大端的螺旋角最大，輪齒小端的螺旋角最小?！蚧↓X錐齒輪副的中點螺旋角是相等的，雙曲面齒輪副的中點螺旋角是不相等的，β1>β2?！蜻x擇β時，應考慮它對齒面重合度εF、輪齒強度和軸向力大小的影響。

β越大，則εF也越大，同時嚙合的齒數越多，傳動就越平穩，噪聲越低，而且輪齒的強度越高。但β過大，齒輪上所受的軸向力也會過大。6.螺旋方向◎從錐齒輪錐頂看，齒形從中心線上半部向左傾斜為左旋，向右傾斜為右旋?！蛑?、從動錐齒輪的螺旋方向是相反的?！蚵菪较蚺c錐齒輪的旋轉方向影響其所受軸向力的方向。當變速器掛前進擋時，應使主動齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、從動齒輪有分離趨勢，防止輪齒卡死而損壞。

軸向力方向的判斷：根據主動齒輪的旋向，左旋用左手定則，右旋用右手定則，四指指向旋向，大拇指的指向即為軸向力方向。三、主減速器錐齒輪強度計算

1.單位齒長圓周力主減速器錐齒輪的表面耐磨性長用輪齒上的單位齒長圓周力來估算

按發動機最大轉矩計算

按驅動輪打滑轉矩計算

許用的單位齒長圓周力[p]2.輪齒彎曲強度

錐齒輪輪齒的齒根彎曲應力

3.輪齒接觸強度上述按min[Tce,Tcs]計算的最大彎曲應力不超過700MPa；按Tcf計算的疲勞彎曲應力不應超過210MPa，破壞的循環次數為6x106。上述按min[Tce,Tcs]計算的最大接觸應力不應超過2800MPa，按Tcf計算的疲勞接觸應力不應超過1750MPa。主、從動齒輪的齒面接觸應力是相同的。四、主減速器錐齒輪軸承的載荷計算

1.錐齒輪齒面上的作用力

齒面上的法向力分解：沿齒輪切線方向的圓周力、沿齒輪軸線方向的軸向力及垂直于齒輪軸線的徑向力

(1)齒寬中點處的圓周力由F1／F2=cosβ1／cosβ2可知，對于弧齒錐齒輪副，作用在主、從動齒輪上的圓周力是相等的；對于雙曲面齒輪副，它們的圓周力是不等的。(2)錐齒輪的軸向力和徑向力

◎FT為作用在節錐面上的齒面寬中點A處的法向力。◎在A點處的螺旋方向的法平面內，FT分解成兩個相互垂直的力FN和Ff?！騀N垂直于OA且位于∠OOA所在的平面，Ff位于以OA為切線的節錐切平面內?！騀f在此切平面內又可分解成沿切線方向的圓周力F和沿節錐母線方向的力Fs?！騀與Ff之間的夾角為螺旋角β，FT與Ff之間的夾角為法向壓力角α

。軸向力Faz

:Faz=FNsinγ+Fscosγ

徑向力Frx:Frz=FNcosγ-Fssinγ

圓周力：F=FTcosαcosβFN=FTsina=Ftana／cosβ

Fs=FTcosαsinβ=Ftanβ

γ

齒面上的軸向力和徑向力

2．錐齒輪軸承的載荷

當錐齒輪齒面上所受的圓周力、軸向力和徑向力計算確定后，根據主減速器齒輪軸承的布置尺寸，即可求出軸承所受的載荷。

五、錐齒輪的材料◎驅動橋錐齒輪的工作條件具有載荷大、作用時間長、變化多、有沖擊等特點。是傳動系中的薄弱環節。◎錐齒輪材料應滿足如下要求：

1)具有高的彎曲疲勞強度和表面接觸疲勞強度，齒面具有高的硬度以保證有高的耐磨性。

2)輪齒芯部應有適當的韌性以適應沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷。

3)鍛造性能、切削加工性能及熱處理性能良好，熱處理后變形小或變形規律易控制。

4)選擇合金材料時，盡量少用含鎳、鉻元素的材料，而選用含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼?！蚱囍鳒p速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV等。

第四節差速器設計

◎差速器的功能：用來在兩輸出軸間分配轉矩，并保證兩輸出軸有可能以不同角速度轉動?！虿钏倨鞯姆诸悾喊雌浣Y構特征可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種形式。普通差速器驅動運行演示帶鎖止差速器驅動運行演示一、差速器結構形式選擇

(一)齒輪式差速器

◎汽車上廣泛采用對稱錐齒輪式差速器，具有結構簡單、質量較小等優點，應用廣泛。

◎可分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強制鎖止式差速器等1．普通錐齒輪式差速器

差速器性能：以鎖緊系數k來表征

普通錐齒輪差速器的鎖緊系數是一般為0.05～0.15，兩半軸轉矩比kb=1.11～1.35，左、右半軸的轉矩差別不大，分配給兩半軸的轉矩大致相等，對在良好路面上行駛的汽車是合適的。越野行駛或在泥濘、冰雪路面上行駛時，一側驅動車輪與地面的附著系數很小，盡管另一側車輪與地面有良好的附著，其驅動轉矩也不得不隨附著系數小的一側同樣地減小，無法發揮潛在牽引力，以致汽車停駛。半軸的轉矩比kb

2.摩擦片式差速器

當傳遞轉矩時，差速器殼通過孔上的V型斜面對與之配合的行星齒輪軸產生沿行星齒輪軸線方向的軸向力，該軸向力推動行星齒輪使壓盤將摩擦片壓緊。當左、右半軸轉速不等時，主、從動摩擦片間產生相對滑轉，從而產生摩擦力矩。此摩擦力矩Tr，與差速器所傳遞的轉矩成正比。

摩擦片式差速器的鎖緊系數k可達0.6，kb可達4。3．強制鎖止式差速器

◎當一個驅動輪處于附著系數較小的路面時，可通過液壓或氣動操縱，使內、外接合器(即差速鎖)嚙合，將差速器殼與半軸鎖緊在一起，使差速器不起作用，這樣可充分利用地面的附著系數，使牽引力達到最大值。帶有電控氣動式差速鎖的差速器普通錐齒輪差速器的汽車鎖止式差速器的汽車(二)滑塊凸輪式差速器

當差速器傳遞動力時，差速器殼體上的主動套帶動滑塊并通過滑塊帶動內、外凸輪旋轉，同時允許內、外凸輪轉速不等。(三)蝸輪式差速器

蝸輪式差速器中由蝸輪蝸桿代替錐齒輪傳動，是一種高摩擦自鎖差速器。蝸桿2、4同時與行星蝸輪3與半軸蝸輪1、5嚙合，從而組成一行星齒輪系統。

(四)牙嵌式自由輪差速器

裝有這種差速器的汽車在直線行駛時，主動環可將由主減速器傳來的轉矩按左、右輪阻力的大小分配給左、右從動環(即左、右半軸)。當一側車輪懸空或進入泥濘、冰雪等路面時，主動環的轉矩可全部或大部分分配給另一側車輪。當轉彎行駛時，外側車輪有快轉的趨勢，使外側從動環與主動環脫開，即中斷對外輪的轉矩傳遞；內側車輪有慢轉的趨勢，使內側從動環與主動環壓得更緊，即主動環轉矩全部傳給內輪。

二、普通錐齒輪差速器齒輪設計

1．行星齒輪數n

2．行星齒輪球面半徑Rb及行星齒輪節錐距A03．行星齒輪和半軸齒輪齒數Z1、Z2

4．行星齒輪和半軸齒輪節錐角γ1、γ2及模數m5．壓力角

6．行星齒輪軸直徑d及支承長度L

(一)差速器齒輪主要參數(二)差速器齒輪強度計算